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凝固性坏死组织超声散斑图像相似性分析方法及实验研究

冯玉洁  
【摘要】: 研究背景: 北美放射学会(RSNA)于1997年提出肿瘤消融的概念,将其分为化学消融、热消融和冷冻消融,就是用物理的、化学的方法使组织发生凝固性坏死。其中热消融包括:射频消融、微波消融、HIFU(High intensity focused ultrasound,高强度聚集超声)等。肿瘤消融的成功依赖于靶区的快速定位和生物学活性的实时判断,为实现精确治疗多采取不同的影像引导方式。 目前临床上采用US(ultra-sonography,超声波检查法)、CT、MRI(Magnetic Resonance Imaging,核磁共振成像)等进行影像引导。CT影像对比度及分辨率较高,但动态显示较为困难,并且对人体有电离辐射损害,故临床上较少使用;MRI有图像分辨率高、良好的软组织对比度、无电离辐射、可无创测温等优点,但其成像速度慢、实时性较差、价格昂贵、测温的敏感性差、与消融设备整合难度大等缺点也限制了其在临床上的广泛应用;超声影像连续性实时监控效果好、无电离辐射损伤、易与消融设备整合,故现在是肿瘤消融影像引导的主要方式,但US还存在多问题需要改进。目前US判断组织凝固性坏死主要为灰度评价,然而约20~30%的凝固性坏死灰度未发生明显改变,但治疗区域斑点回声变得细小而均匀,事实上是声像图散斑统计特性发生了变化。本研究试图用HIFU辐照离体牛肝的方式建立组织凝固性坏死模型,通过对监控声像图的相似性分析来提高US判断组织凝固性坏死的能力。 目的: 本研究通过超声实时监控HIFU辐照离体牛肝组织,实时采集辐照过程中不同时间点的声像图,用超声散斑图像相似性分析方法分析所采集的图像,并做组织病理分析,旨在探讨以下问题:相关函数是否可以用来判断组织凝固性坏死;基于小波变换的Tamura纹理分析法是否可以用来判断组织凝固性坏死;找到相关函数判断组织凝固性坏死的决策超平面;找到基于小波变换的Tamura纹理分析法判断组织凝固性坏死的决策超平面。 材料和方法: 新鲜离体牛肝组织,浸泡于0.9%NS中,脱气。 JC-200型聚焦超声肿瘤治疗系统,治疗头频率1.03MHz,辐照功率为90W,对牛肝组织进行定点辐照,辐照深度为20mm。辐照不同时间(1 s、2s、3s……10s),采集辐照前及HIFU辐照后不同时间(0、1 min、2 min……5 min)靶区二维声像图,然后对散斑图像进行相关性分析,用支撑矢量机(Support Vector Machine ,SVM)筛选参数并得到决策超平面。辐照结束后,切开组织块,显示最大截面,测量最大损伤径线,数码照相后取正常组织与坏死组织交界区域组织送病理检查。 结果: 1.超声散斑图像相关函数可以评价HIFU凝固性坏死情况,其灵敏度高于用灰度评价(Χ2=18.716,P0.05)。 2.超声散斑图像相关函数判别牛肝消融组织的ROC曲线下面积在0.70~0.90之间,面积大于灰度评价。 3.超声散斑图像基于小波变换的Tamura纹理分析可以评价HIFU凝固性坏死情况,其灵敏度高于用灰度评价(Χ2= 15.211, P0.05)。 4.超声散斑图像基于小波变换的Tamura纹理分析判别牛肝消融组织的ROC曲线下面积在0.70~0.90之间,面积大于灰度评价。 结论: 1.声像图相关系数判断HIFU辐照的靶组织有无凝固性坏死优于灰度评价。 2.声像图基于小波变换的tamura斑纹分析判断HIFU辐照的靶组织有无凝固性坏死优于灰度评价。 3.凝固性坏死组织超声散斑图像的相似性分析方法可以提高监控超声图像实时判断疗效的能力,有望成为新的HIFU实时疗效评价方式。


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